Dispozitive și accesorii: dispozitiv pentru determinarea frecării interne a moleculelor de aer, cronometru.
Fricțiunea interioară (viscozitatea) este asociată cu apariția forțelor de frecare între straturile de gaz care se deplasează paralel unul cu celălalt la viteze diferite. Aceste forțe sunt direcționate de-a lungul tangentei la suprafața straturilor. Moleculele de gaz, trecând de la un strat la altul, duc impulsul mișcării lor, într-un caz accelerând această mișcare, în cealaltă - încetinind-o.
Amploarea forței de frecare internă F proporțional cu suprafața de contact S deplasează straturi viteza straturilor de gradient și egal cu F = - h S. (1)
unde h este coeficientul de frecare internă. Din formula (1) rezultă că coeficientul de frecare internă în unitatea SI este exprimat în kg / (m × s).
Coeficientul de frecare internă este legat de calea medie liberă a moleculelor de gaz prin relația h = u r, (2)
unde r este densitatea gazului la o anumită temperatură. u este viteza medie aritmetică a moleculelor.
Se știe că u = u. (3)
unde m este masa molară a gazului (pentru aer m = 28,9 kg / kmol),
P este presiunea gazului,
R este constanta molară universală a gazului egală cu 8,31 J / (mol × K),
T este temperatura termodinamică a mediului înconjurător.
Rezultă de la (2) și (3) că se poate determina, știind h. P și T:
= 1,86 h x (4)
Pentru determinarea coeficientului de frecare internă a aerului, dispozitivul prezentat în figura 1
Atunci când apa este turnată din vasul 1, presiunea în el este redusă și aerul este aspirat prin capilarul 2 din vasul 3. Datorită frecarii interne a presiunii la capetele capilarului vor fi aceleași. Diferența dintre aceste presiuni este măsurată de un manometru 4. Coeficientul de frecare internă a aerului este determinat de formula Poiseuille: h =. (5)
unde t - timpul de aer expirare, l - calea parcursă în timpul timpului t (lungime capilar), V - volumul de aer care a trecut prin capilar, r - raza capilarului, DP - diferența de presiune la capetele tubului capilar.
Valoarea DP este calculată cu formula DP = d × g × h, (6)
unde d este densitatea lichidului turnat în manometru, g este accelerația gravitației, h este diferența de nivel în manometru.
Umpleți vasul cu apă 1. Deschideți robinetul 5, așteptați până când curgerea constantă (cu diferența de nivel a lichidului din ecartament va fi constantă) și activați cronometrul. După ce o anumită cantitate de apă curge, opriți cronometrul. Conform termometrului, temperatura T este determinată de la barometru - presiunea P a mediului.
Folosind formulele (4) și (5), calculați h. Manometrul este umplut cu alcool, care are o densitate d = 0,78 × 10 3 kg / m 3. Pentru acest capilar l = (0,1025 ± 0,0005) m, r = (0,65 ± 0,01) x 10 -3 m. Valoarea împărțirii navei V0 = 50 × 10 -6 m 3 / div. Barometrul măsoară presiunea în mm Hg.
Rezultatele măsurătorilor sunt înregistrate în tabelul 1.
1. Dați definiția căii medii libere a moleculelor. Ce determină calea medie liberă a moleculelor de gaze?
2. După cum se știe, aerul constă dintr-un amestec de gaze. Ce ar trebui înțeles în acest caz drept calea medie liberă?
3. De ce coeficientul de frecare internă a lichidelor scade cu temperatura și crește cu gazele?
DEFINIREA MODULULUI YUNGU PRIN METODA PROGIBAȚIEI
Accesorii: un pat cu prisme de sprijin, un indicator cu un mecanism de tip ceas, o riglă, un etrier, un set de tije de secțiune transversală dreptunghiulară.
Toate substanțele solide sunt caracterizate prin proprietăți mecanice, care determină capacitatea lor de a-și schimba forma (deformată) sub influența forțelor mecanice externe. Deformarea unui corp solid este rezultatul unei schimbări sub influența forței externe a aranjamentului reciproc al particulelor care alcătuiesc corpul și a distanțelor dintre ele. Deformarea se numește elastic dacă dispare după ce forța încetează, iar plasticul, dacă persistă și după terminarea încărcăturii. Toate substanțele solide pot fi deformate atât elastic cât și plastic. La forțe mici, solidele sunt deformate elastic.
Luați în considerare mai detaliat deformarea elastică, care este întotdeauna luată în considerare la calcularea diferitelor structuri tehnice pentru munca lor pe termen lung. După cum sa observat deja, forța poate deforma un corp solid - își schimbă particulele constituente unul față de celălalt. În acest caz (în conformitate cu a treia lege a lui Newton), în corpul deformat apare o forță opusă, egală cu magnitudinea forței deformante și numită forța elastică. Această forță tinde să restabilească forma originală și volumul corpului solid. Deformațiile pe care o solidă le poate resimți sub acțiunea unei forțe externe aplicate sunt reduse la două tipuri de bază: întinderea sau contracția și forfecarea. Raportul dintre rezistență și deformare elastică este determinată de legea lui Hooke: forța elastică F, care apare sub deformații mici de orice fel, este proporțională cu deformarea (deplasare). și anume (1)
unde k este un coeficient de proporționalitate, în funcție de tipul de deformare. Semnul minus indică opusul direcțiilor forței de elasticitate și deplasare. La deplasări mari apare o deformare permanentă - corpul nu-și restabilește complet forma și dimensiunea și poate chiar să se distrugă. Să vedem acum cum este scris Legea lui Hooke pentru unul dintre principalele tipuri de deformare - întindere pe o latură (comprimare). Lăsați capătul inferior al lungimii tijei fixe # 8467; iar zona secțiunii transversale S este supusă unei forțe de deformare F 1. Apoi, în ea apare o forță elastică F = -F1 (figura 1).
Sub influența unei forțe externe, lungimea tijei va crește cu o anumită sumă # 8710; # 8467; Dar această alungire # 8710; # 8467; Nu poate fi acceptată ca o caracteristică de deformare, deoarece Forța acționează asupra fiecărei unități de lungime # 8710; # 8467; tija și lungimea tijei pot fi diferite. Prin urmare, alungire # 8710; # 8467; va fi determinată nu numai de forța care acționează, ci și de lungimea inițială a tijei. În ceea ce privește amploarea deformării, este necesar să se ia raportul # 8710; # 8467; / # 8467; care este deja de la # 8467; nu depinde. Acest raport este numit alungirea relativă. Experiența arată că, în cazul în care corpul deformat să aloce o suprafață arbitrară, deformarea nu este determinată de forța care acționează pe această suprafață, iar raportul dintre această forță la suprafața care este numită tensiune (măsurat în aceleași unități ca și presiunea). Acum legea lui Hooke pentru întinderea unilaterală (precum și pentru compresie, numai cu înlocuirea semnelor) poate fi scrisă sub forma: (2)
Cantitatea E este numită modulul Young sau modulul de elasticitate. Scriind formula legii lui Hooke (2) sub forma (3)
se poate determina sensul fizic al modulului Young. Dacă în (3) am pus # 8710; # 8467; / # 8467; = 1 (adică, dublul lungimii), atunci. Rezultă că modulul E al lui Young este egal numeric cu stresul, care întinde tija în jumătate. O astfel de determinare a modulului lui Young este abstract în natură, deoarece de fapt se observă o relație liniară între tulpina și stres numai la deformații mici, iar marea majoritate a materialului este distrus mult mai devreme decât s-ar fi atins de tensiune care este numeric egală cu modulul lui Young. Modulul lui Young este una dintre constantele esențiale care caracterizează proprietățile elastice ale materiei.
modulul lui Young al sistemului SI se măsoară în N / m 2 (Pa), în sistemul CGS - în dyn / cm 2. Atunci când tensiunea unilaterală sau compresiune variază nu numai lungimea tijei, dar, de asemenea, dimensiunile sale transversale, și anume raza sa. Dacă această deformare este caracterizată de o schimbare relativă a razei. atunci putem scrie (4)
unde M este un coeficient de proporționalitate, care poate fi numit modulul compresiei transversale pentru întindere longitudinală. Este clar că trebuie să existe o legătură simplă între. Se exprimă prin faptul că raportul lor este o valoare constantă pentru o anumită substanță:
Constanta m este numită raportul Poisson și este egală cu raportul alungirilor transversale și longitudinale.
În metoda noastră de determinare a problemelor bazate pe modulul lui Young măsurat la o deformare la încovoiere a unui indoire uniformă a tijei situată pe două suporturi, dacă sunt aplicate forței sale de la punctul median al F. Dacă divizat mental în fibre longitudinale tija subțire, atunci flexural ei vor fi de lungimi diferite. Straturile inferioare cu alungite, superioară scurtat. linia neutră a stratului de mijloc își păstrează lungimea sa. Astfel, deformarea de îndoire se reduce la deformarea unilaterală de expansiune și contracție. Moving care primește tija de mijloc sub sarcina P, aceasta se numește deflexie l. Studii teoretice de îndoire deformare în acest caz, da formula de calcul a deformării :. (6)
unde P este greutatea de sarcină aplicată la centrul tijei, E este modulul lui Young, lățimea este grosimea și L este lungimea tijei. Din (6) urmează formula pentru determinarea modulului Young (7)
unde m este masa sarcinii, g este accelerația datorată gravitației.
Dispozitiv pentru determinarea modulului lui Young (Figura 2) constă dintr-un cadru masiv 6 cu doi montanți, la capetele cărora sunt purtătoare de prismă din oțel 4, ale cărei margini sunt paralele. Marginile acestor prisme sunt plasate pe tija de testare 3, iar cadrul 2 este atârnat în centrul său, partea superioară a acestuia fiind o prismă orientată în jos. Cu această margine, rama se sprijină pe tija. Rama poartă o platformă 5 pentru greutățile cu care se creează forța de încovoiere. La un suport special, întăriți indicatorul 1, aducând mecanismul sondei la mijlocul tijei până când atinge. Indicatorul are un mecanism de tip ceas, în care mișcarea de translație a sondei este transformată într-o rotație notabilă a săgeții indicatorului. Indicatorul are un preț de divizare de 0,01 mm și o rotație a săgeții, egală cu 100 diviziuni, corespunde la 1 mm din mișcarea de translație a sondei. Scala indicatoarelor poate fi rotită, ceea ce face posibilă stabilirea valorii zero a scalei față de săgeată în orice poziție a sondei.
1. Măsurați distanța L între prismele de referință cu o riglă.
2. Măsurați lățimea și grosimea tijei cu ajutorul unui etrier. Fiecare dimensiune este determinată de trei ori în diferite locuri ale tijei și se ia valoarea medie.
3. Încărcați platforma consecutiv cu sarcini de masă (1,0 ± 0,001) kg și (0,5 ± 0,01) kg.
4. Setați joja de măsurare a indicatorului astfel încât să atingă cadrul.
5. Combinați zero la scară cu săgeata indicatorului.
6. Scoateți încărcătura de 0,5 kg de pe platformă și determinați curba de deformare pentru această sarcină. Repetați această operație de trei ori și luați valoarea medie.
7. Faceți același lucru cu o încărcătură de 1,0 kg.
8. Aceste măsurători ar trebui efectuate cu o altă tijă.
9. Înregistrați datele de experiență din tabele, utilizând formula (7), calculați modulul Young pentru fiecare sarcină și eroarea de măsurare.
Tabela de date de măsurare pentru prima tijă
Trimiteți-le prietenilor: